By hoppt
A les bateries d'ions de liti (LIB), molts elèctrodes basats en òxids de metalls de transició presenten una capacitat d'emmagatzematge inusualment alta més enllà del seu valor teòric. Tot i que s'ha informat àmpliament d'aquest fenomen, els mecanismes fisicoquímics subjacents en aquests materials segueixen sent esquius i segueixen sent un tema de debat.
Recentment, el professor Miao Guoxing de la Universitat de Waterloo, Canadà, el professor Yu Guihua de la Universitat de Texas a Austin, i Li Hongsen i Li Qiang de la Universitat de Qingdao van publicar conjuntament un document de recerca sobre materials naturals sota el títol de "Capacitat d'emmagatzematge addicional a bateries de liti d'òxid de metall de transició revelades per magnetometria in situ". En aquest treball, els autors van utilitzar un monitoratge magnètic in situ per demostrar la presència d'una forta capacitat superficial a les nanopartícules metàl·liques i que un gran nombre d'electrons polaritzats amb espín es poden emmagatzemar en nanopartícules metàl·liques ja reduïdes, cosa que és coherent amb el mecanisme de càrrega espacial. A més, el mecanisme de càrrega espacial revelat es pot estendre a altres compostos de metalls de transició, proporcionant una guia clau per a l'establiment de sistemes avançats d'emmagatzematge d'energia.
(1) Es va estudiar un Fe típic mitjançant la tècnica de monitorització magnètica in situ3O4/ Evolució de l'estructura electrònica dins de la bateria de Li;
(2) revela que el Fe3O4Al sistema / Li, la capacitat de càrrega superficial és la principal font de la capacitat addicional;
(3) El mecanisme de capacitat de superfície de les nanopartícules metàl·liques es pot estendre a una àmplia gamma de compostos de metalls de transició.
El Fe buit monodispers es va sintetitzar mitjançant mètodes hidrotèrmics convencionals 3O4Nanosferes, i després es va realitzar a 100 mAg-1Càrrega i descàrrega a densitat de corrent (Figura 1a), la primera capacitat de descàrrega és de 1718 mAh g-1, 1370 mAhg en la segona i tercera vegada, respectivament 1I 1,364 mAhg−1, molt més que 926 mAhg−1La teoria de les expectatives. Les imatges BF-STEM del producte totalment descarregat (figura 1b-c) indiquen que després de la reducció de liti, les nanosferes de Fe3O4 es van convertir en nanopartícules de Fe més petites que mesuraven entre 1 i 3 nm, disperses al centre de Li2O.
Per demostrar el canvi de magnetisme durant el cicle electroquímic, es va obtenir una corba de magnetització després de la descàrrega completa a 0.01, 1 V (figura XNUMXd), que mostra el comportament superparamagnètic a causa de la formació de nanopartícules.
Figura 1 (a) a 100 mAg-1Fe del cicle a la densitat de corrent 3O4 / Corba de càrrega i descàrrega de corrent constant de la bateria de Li; (b) totalment liti Fe3O4 La imatge BF-STEM de l'elèctrode; (c) la presència de Li a l'agregat2 Imatges BF-STEM d'alta resolució tant d'O com de Fe; ( d ) Fe3O4 Les corbes d'histèresi de l'elèctrode abans (negre) i després (blau) i la corba ajustada de Langevin d'aquest últim (morat).
Per tal de combinar l'electroquímica amb Fe3O4Of canvis estructurals i magnètics relacionats amb el Fe3O4, els elèctrodes van ser sotmesos a difracció de raigs X in situ (XRD) i monitorització magnètica in situ. Fe en una sèrie de patrons de difracció XRD durant la descàrrega inicial de la tensió de circuit obert (OCV) a 1.2, 3V4O2 Els pics de difracció no van canviar significativament ni en intensitat ni en posició (figura 3a), cosa que indica que el Fe4O3 Només va experimentar el procés d'intercalació de Li. Quan es carrega al 3V, l'estructura anti-espinel Fe4O2The roman intacta, cosa que suggereix que el procés en aquesta finestra de tensió és altament reversible. Es va realitzar un seguiment magnètic in situ combinat amb proves de càrrega i descàrrega de corrent constant per investigar com evoluciona la magnetització en temps real (figura XNUMXb).
Figura 2 Caracterització de XRD in situ i monitorització magnètica.(A) XRD in situ; ( b ) Fe3O4 Corba de càrrega-descàrrega electroquímica sota un camp magnètic aplicat de 3 T i la corresponent resposta magnètica reversible in situ.
Per obtenir una comprensió més bàsica d'aquest procés de conversió en termes de canvis de magnetització, la resposta magnètica es recull en temps real i la transició de fase corresponent acompanya les reaccions impulsades electroquímicament (figura 3). És bastant clar que durant la primera descàrrega, la resposta de magnetització dels elèctrodes de Fe3O4 difereix de la resta de cicles a causa del Fe durant la primera litalització3O4A causa de la transició de fase irreversible es produeix. Quan el potencial va baixar a 0.78 V, la fase antiespinel Fe3O4 es va convertir per contenir Li2L'estructura d'halita de classe FeO d'O, Fe3O4La fase no es pot restaurar després de la càrrega. En conseqüència, la magnetització cau ràpidament fins a 0.482 μ b Fe−1. A mesura que avança la litialització, no es va formar cap nova fase i la intensitat dels pics de difracció de FeO de classe (200) i (220) van començar a debilitar-se. igual Fe3O4No hi ha cap pic XRD significatiu retingut quan l'elèctrode està completament liialitzat (figura 3a). Tingueu en compte que quan l'elèctrode Fe3O4 es descarrega de 0.78 V a 0.45 V, la magnetització (de 0.482 μ b Fe−1 va augmentar a 1.266 μ bFe−1), això es va atribuir a la reacció de conversió de FeO a Fe. Aleshores, al final de la descàrrega, la magnetització es va reduir lentament fins a 1.132 μ B Fe−1. Aquesta troballa suggereix que les partícules Fe0Nanopartícules metàl·liques totalment reduïdes encara poden participar en la reacció d'emmagatzematge de liti, reduint així la magnetització dels elèctrodes.
Figura 3 Observacions in situ de la transició de fase i la resposta magnètica.（a）Fe3O4Mapa XRD in situ recollit durant la primera descàrrega de l'elèctrode; ( b ) Fe3O4 Mesura de la força magnètica in situ dels cicles electroquímics de cèl·lules / Li a un camp magnètic aplicat de 3 T.
Fe3O4Els canvis magnètics dels elèctrodes es produeixen a baixes tensions, als quals és probable que es generi una capacitat electroquímica addicional, cosa que suggereix la presència de portadors de càrrega no descoberts dins de la cèl·lula. Per explorar el mecanisme potencial d'emmagatzematge de liti, es va estudiar Fe mitjançant XPS, STEM i espectre de rendiment magnètic3O4Electrodes de pics de magnetització a 0.01V, 0.45V i 1.4V per determinar la font del canvi magnètic. Els resultats mostren que el moment magnètic és un factor clau que afecta el canvi magnètic, perquè els Fe0/Li2Ms mesurats del sistema O no es veuen afectats per l'anisotropia magnètica i l'acoblament entre partícules.
Per entendre millor les propietats cinètiques dels elèctrodes a baixa tensió, la voltametria cíclica a diferents velocitats d'exploració. Tal com es mostra a la figura 3a, la corba rectangular del voltamograma cíclic apareix dins del rang de tensió entre 4, 4 V i 0.01 V (figura 1a). La figura 4b mostra que la resposta capacitiva Fe4O3A es va produir a l'elèctrode. Amb la resposta magnètica altament reversible del procés de càrrega i descàrrega de corrent constant (figura 4c), la magnetització de l'elèctrode va disminuir d'4V a 1V durant el procés de descàrrega i va augmentar de nou durant el procés de càrrega, cosa que indica que Fe0.01Of és similar al condensador. La reacció superficial és altament reversible.
Figura 4 propietats electroquímiques i caracterització magnètica in situ a 0.011 V.(A) La corba voltamètrica cíclica.(B) el valor b es determina mitjançant la correlació entre el corrent màxim i la velocitat d'exploració; (c) el canvi reversible de la magnetització en relació a la corba de càrrega-descàrrega sota un camp magnètic aplicat de 5 T.
Fe3O4 esmentat anteriorment. Les característiques electroquímiques, estructurals i magnètiques dels elèctrodes indiquen que la capacitat addicional de la bateria està determinada per Fe0. La capacitat de la superfície polaritzada per gir de les nanopartícules és causada pels canvis magnètics que l'acompanyen. La capacitat polaritzada per gir és el resultat de l'acumulació de càrrega polaritzada per gir a la interfície i pot mostrar una resposta magnètica durant la càrrega i la descàrrega. grans proporcions superfície-volum i aconsegueixen una alta densitat d'estats a nivell de Fermi a causa dels orbitals d altament localitzats. Segons el model teòric d'emmagatzematge de càrrega espacial de Maier, els autors proposen que es poden emmagatzemar grans quantitats d'electrons a les bandes de divisió d'espín de nanopartícules metàl·liques de Fe, que es poden trobar a Fe / Li3 Creant condensadors de superfície polaritzats en espín als nanocomposites O ( Figura 4).
gràfic 5Fe/Li2A Representació esquemàtica de la capacitat superficial dels electrons polaritzats amb espín a la interfície O. (A) el diagrama esquemàtic de la densitat d'estat de polarització de spin de la superfície de partícules de metall ferromagnètic (abans i després de la descàrrega), contràriament a la polarització de spin a granel del ferro; (b) la formació de la regió de càrrega espacial en el model de condensador de superfície de liti sobreemmagatzemat.
TM / Li es va investigar mitjançant un seguiment magnètic in situ avançat2. L'evolució de l'estructura electrònica interna del nanocomposite O per revelar la font de capacitat d'emmagatzematge addicional per a aquesta bateria d'ions de liti. Els resultats mostren que, tant en el sistema de cèl·lules model Fe3O4/Li, les nanopartícules de Fe reduïdes electroquímicament poden emmagatzemar grans quantitats d'electrons polaritzats amb spin, a causa d'una capacitat excessiva de la cèl·lula i un magnetisme interfacial significativament alterat. Els experiments van validar encara més CoO, NiO i FeF2I Fe2. La presència d'aquesta capacitat en el material de l'elèctrode N indica l'existència de capacitat superficial polaritzada per espín de nanopartícules metàl·liques en bateries d'ions de liti i posa les bases per a l'aplicació d'aquest mecanisme d'emmagatzematge de càrrega espacial en altres transicions. materials d'elèctrodes basats en compostos metàl·lics.
Capacitat d'emmagatzematge addicional en bateries d'ions de liti d'òxid de metall de transició revelada per magnetometria in situ (Nature Materials , 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)
La influència de la fórmula de disseny d'hòsties de l'elèctrode de liti i els defectes de l'hòstia de l'elèctrode en el rendiment
L'elèctrode de la bateria de liti és un recobriment format per partícules, aplicades uniformement al fluid metàl·lic. El recobriment de l'elèctrode de la bateria d'ions de liti es pot considerar com un material compost, format principalment per tres parts:
(1) Partícules de substància activa;
(2) la fase constituent de l'agent conductor i l'agent (fase adhesiva de carboni);
(3) Porus, ompliu amb l'electròlit.
La relació de volum de cada fase s'expressa com:
Porositat + fracció de volum de matèria viva + fracció de volum de fase adhesiva de carboni =1
El disseny del disseny d'elèctrodes de bateria de liti és molt important, i ara s'introdueix breument els coneixements bàsics del disseny d'elèctrodes de bateria de liti.
(1) Capacitat teòrica del material de l'elèctrode La capacitat teòrica del material de l'elèctrode, és a dir, la capacitat proporcionada per tots els ions de liti del material implicat en la reacció electroquímica, el seu valor es calcula mitjançant l'equació següent:
Per exemple, el LiFePO4La massa molar és de 157.756 g/mol, i la seva capacitat teòrica és:
Aquest valor calculat és només la capacitat de grams teòrica. Per tal de garantir l'estructura reversible del material, el coeficient real d'eliminació d'ions de liti és inferior a 1 i la capacitat real de grams del material és:
Capacitat de grams real del material = capacitat teòrica del coeficient de desendollament d'ions de liti
(2) Capacitat de disseny de la bateria i densitat extremadament unilateral La capacitat de disseny de la bateria es pot calcular mitjançant la fórmula següent: capacitat de disseny de la bateria = densitat de superfície de recobriment relació de material actiu material actiu capacitat de grams àrea de recobriment de xapa de pols
Entre ells, la densitat superficial del recobriment és un paràmetre clau de disseny. Quan la densitat de compactació no canvia, l'augment de la densitat de la superfície del recobriment significa que el gruix de la làmina de pols augmenta, la distància de transmissió d'electrons augmenta i la resistència d'electrons augmenta, però el grau d'augment és limitat. A la làmina gruixuda de l'elèctrode, l'augment de la impedància de migració dels ions de liti a l'electròlit és el principal motiu que afecta les característiques de la relació. Tenint en compte la porositat i els girs dels porus, la distància de migració dels ions al porus és moltes vegades més que el gruix de la làmina del pol.
(3) La relació de capacitat negativa-positiva N / P capacitat negativa i capacitat positiva es defineix com:
N / P hauria de ser superior a 1.0, generalment 1.04 ~ 1.20, que es troba principalment en el disseny de seguretat, per evitar que el costat negatiu d'ions de liti es precipita sense font d'acceptació, disseny per tenir en compte la capacitat del procés, com ara la desviació del recobriment. Tanmateix, quan N / P és massa gran, la bateria perdrà capacitat irreversible, donant lloc a una baixa capacitat de la bateria i una menor densitat d'energia de la bateria.
Per a l'ànode de titanat de liti, s'adopta el disseny de l'excés d'elèctrode positiu i la capacitat de la bateria ve determinada per la capacitat de l'ànode de titanat de liti. El disseny de l'excés positiu afavoreix la millora del rendiment a alta temperatura de la bateria: el gas d'alta temperatura prové principalment de l'elèctrode negatiu. En el disseny d'excés positiu, el potencial negatiu és baix i és més fàcil formar pel·lícula SEI a la superfície del titanat de liti.
(4) Densitat de compactació i porositat del recobriment En el procés de producció, la densitat de compactació del recobriment de l'elèctrode de la bateria es calcula mitjançant la fórmula següent. Tenint en compte que quan s'enrotlla la làmina de pols, la làmina metàl·lica s'estén, la densitat superficial del recobriment després del corró es calcula amb la fórmula següent.
Com s'ha esmentat anteriorment, el recobriment consta de fase de material viu, fase d'adhesiu de carboni i porus, i la porositat es pot calcular mitjançant l'equació següent.
Entre ells, la densitat mitjana del recobriment és: l'elèctrode de la bateria de liti és una mena de partícules de pols de recobriment, perquè la superfície de les partícules en pols és rugosa, de forma irregular, quan s'acumula, partícules entre partícules i partícules, i algunes partícules en si tenen esquerdes i porus, de manera que el volum de pols inclòs el volum de pols, els porus entre les partícules de pols i les partícules, per tant, la varietat corresponent de densitat de recobriment d'elèctrodes i representació de la porositat. La densitat de les partícules de pols es refereix a la massa de la pols per unitat de volum. Segons el volum de la pols, es divideix en tres tipus: densitat real, densitat de partícules i densitat d'acumulació. Les diferents densitats es defineixen de la següent manera:
Per a la mateixa pols, densitat real> densitat de partícules> densitat d'embalatge. La porositat de la pols és la relació dels porus del recobriment de partícules en pols, és a dir, la relació del volum del buit entre les partícules de pols i els porus de les partícules amb el volum total del recobriment, que s'expressa habitualment. com a percentatge. La porositat de la pols és una propietat completa relacionada amb la morfologia de les partícules, l'estat de la superfície, la mida de les partícules i la distribució de la mida de les partícules. La seva porositat afecta directament la infiltració d'electròlits i la transmissió d'ions de liti. En general, com més gran sigui la porositat, més fàcil serà la infiltració d'electròlits i més ràpida serà la transmissió d'ions de liti. Per tant, en el disseny de la bateria de liti, de vegades per determinar la porositat, el mètode de pressió de mercuri utilitzat habitualment, el mètode d'adsorció de gas, etc. També es pot obtenir mitjançant el càlcul de densitat. La porositat també pot tenir diferents implicacions quan s'utilitzen diferents densitats per als càlculs. Quan la densitat de la porositat de la substància viva, l'agent conductor i l'aglutinant es calcula per la densitat real, la porositat calculada inclou el buit entre les partícules i el buit dins de les partícules. Quan la porositat de la substància viva, l'agent conductor i l'aglutinant es calcula mitjançant la densitat de partícules, la porositat calculada inclou el buit entre les partícules, però no el buit dins de les partícules. Per tant, la mida dels porus de la làmina d'elèctrode de la bateria de liti també és multiescala, generalment la bretxa entre les partícules es troba a la mida de l'escala de micres, mentre que la bretxa dins de les partícules es troba a l'escala nanòmetre a submicrònica. En els elèctrodes porosos, la relació de les propietats de transport, com ara la difusivitat efectiva i la conductivitat, es pot expressar amb l'equació següent:
On D0 representa la velocitat de difusió (conducció) intrínseca del propi material, ε és la fracció de volum de la fase corresponent i τ és la curvatura tortuosa de la fase corresponent. En el model macroscòpic homogeni, generalment s'utilitza la relació de Bruggeman, prenent el coeficient ɑ = 1.5 per estimar la positivitat efectiva dels elèctrodes porosos.
L'electròlit s'omple als porus dels elèctrodes porosos, en els quals els ions de liti es condueixen a través de l'electròlit, i les característiques de conducció dels ions de liti estan estretament relacionades amb la porositat. Com més gran sigui la porositat, més gran serà la fracció de volum de la fase electròlit i major serà la conductivitat efectiva dels ions de liti. A la làmina d'elèctrode positiu, els electrons es transmeten a través de la fase adhesiva de carboni, la fracció de volum de la fase adhesiva de carboni i el desviament de la fase adhesiva de carboni determinen directament la conductivitat efectiva dels electrons.
La porositat i la fracció de volum de la fase adhesiva de carboni són contradictòries, i la gran porositat condueix inevitablement a la fracció de volum de la fase adhesiva de carboni, per tant, les propietats de conducció efectiva dels ions de liti i els electrons també són contradictòries, com es mostra a la figura 2. A mesura que la porositat disminueix, la conductivitat efectiva dels ions de liti disminueix mentre que la conductivitat efectiva dels electrons augmenta. Com equilibrar els dos també és fonamental en el disseny de l'elèctrode.
Figura 2 Diagrama esquemàtic de porositat i conductivitat d'ions de liti i electrònics
2. Tipus i detecció de defectes del pal
En l'actualitat, en el procés de preparació del pal de la bateria, s'adopten cada cop més tecnologies de detecció en línia per identificar eficaçment els defectes de fabricació dels productes, eliminar els productes defectuosos i donar resposta oportuna a la línia de producció, ajustaments automàtics o manuals a la producció. procés, per reduir la taxa defectuosa.
Les tecnologies de detecció en línia que s'utilitzen habitualment en la fabricació de làmines inclouen la detecció de característiques de purins, la detecció de la qualitat de les làmines, la detecció de dimensions, etc., per exemple: (1) el mesurador de viscositat en línia s'instal·la directament al dipòsit d'emmagatzematge del recobriment per detectar la característiques de la purín en temps real, prova l'estabilitat de la purín; (2) Ús de raigs X o β en el procés de recobriment, la seva alta precisió de mesura, però gran radiació, alt preu de l'equip i problemes de manteniment; (3) La tecnologia làser de mesurament de gruix en línia s'aplica per mesurar el gruix de la làmina de pols, la precisió de mesura pot arribar a ± 1, 0 μ m, també pot mostrar la tendència de canvi del gruix i el gruix mesurats en temps real, facilitar la traçabilitat de les dades i anàlisi; (4) Tecnologia de visió CCD, és a dir, el CCD de matriu de línies s'utilitza per escanejar l'objecte mesurat, processament d'imatges en temps real i anàlisi de categories de defectes, adonar-se de la detecció en línia no destructiva dels defectes de la superfície del full de pols.
Com a eina de control de qualitat, la tecnologia de proves en línia també és essencial per entendre la correlació entre els defectes i el rendiment de la bateria, per tal de determinar els criteris qualificats/no qualificats dels productes semielaborats.
En l'última part, s'introdueix breument el nou mètode de tecnologia de detecció de defectes superficials de la bateria d'ions de liti, la tecnologia d'imatge tèrmica infraroja i la relació entre aquests diferents defectes i el rendiment electroquímic.consultar D. Mohanty Un estudi exhaustiu de Mohanty et al.
(1) Defectes comuns a la superfície de la làmina del pol
La figura 3 mostra els defectes comuns a la superfície de l'elèctrode de la bateria d'ions de liti, amb la imatge òptica a l'esquerra i la imatge capturada per la càmera tèrmica a la dreta.
Figura 3 Defectes comuns a la superfície de la làmina del pol: (a, b) embolcall / agregat de protuberància; (c, d) caiguda de material / forat; (e, f) cos estrany metàl·lic; (g, h) recobriment desigual
(A, b) protuberància / agregat elevat, aquests defectes es poden produir si la purín s'agita uniformement o la velocitat de recobriment és inestable. La agregació d'adhesius i agents conductors de negre de carboni condueix a un baix contingut d'ingredients actius i un pes lleuger de les pastilles polars.
(c, d) gota / forat, aquestes zones defectuoses no estan recobertes i solen ser produïdes per bombolles a la purina. Redueixen la quantitat de material actiu i exposen el col·lector a l'electròlit, reduint així la capacitat electroquímica.
(E, f) cossos estranys metàl·lics, purins o cossos estranys metàl·lics introduïts a l'equip i al medi ambient, i els cossos estranys metàl·lics poden causar grans danys a les bateries de liti. Les grans partícules metàl·liques imparteixen directament el diafragma, donant lloc a un curtcircuit entre els elèctrodes positius i negatius, que és un curtcircuit físic. A més, quan el cos estrany metàl·lic es barreja a l'elèctrode positiu, el potencial positiu augmenta després de la càrrega, el metall es resol, s'estén a través de l'electròlit i després precipita a la superfície negativa i, finalment, perfora el diafragma, formant un curtcircuit. que és un curtcircuit de dissolució química. Els cossos estranys metàl·lics més comuns al lloc de la fàbrica de bateries són Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, etc.
(g, h) el recobriment desigual, com ara la barreja de purins no és suficient, la finesa de les partícules és fàcil d'aparèixer ratlles quan la partícula és gran, donant lloc a un recobriment desigual, que afectarà la consistència de la capacitat de la bateria i fins i tot apareixerà completament sense franja de recobriment, té un impacte en la capacitat i la seguretat.
(2) Tecnologia de detecció de defectes de superfície de xip de pols La tecnologia d'imatge tèrmica d'infrarojos (IR) s'utilitza per detectar defectes menors en elèctrodes secs que poden danyar el rendiment de les bateries d'ió de liti. Durant la detecció en línia, si es detecta el defecte de l'elèctrode o el contaminant, marqueu-lo al full de pols, elimineu-lo en el procés posterior i feu-lo arribar a la línia de producció i ajusteu el procés a temps per eliminar els defectes. El raig infrarojo és un tipus d'ona electromagnètica que té la mateixa naturalesa que les ones de ràdio i la llum visible. S'utilitza un dispositiu electrònic especial per convertir la distribució de la temperatura de la superfície d'un objecte en una imatge visible de l'ull humà i per mostrar la distribució de la temperatura de la superfície d'un objecte en diferents colors s'anomena tecnologia d'imatge tèrmica infraroja. Aquest dispositiu electrònic s'anomena termocàmera infraroja. Tots els objectes per sobre del zero absolut (-273 ℃) emeten radiació infraroja.
Com es mostra a la figura 4, l'aproximador tèrmic d'infrarojos (càmera IR) utilitza el detector d'infrarojos i l'objectiu d'imatge òptica per acceptar el patró de distribució d'energia de radiació infraroja de l'objecte mesurat i reflectir-lo a l'element fotosensible del detector d'infrarojos per obtenir el imatge tèrmica infraroja, que correspon al camp de distribució tèrmica a la superfície de l'objecte. Quan hi ha un defecte a la superfície d'un objecte, la temperatura canvia a la zona. Per tant, aquesta tecnologia també es pot utilitzar per detectar els defectes a la superfície de l'objecte, especialment indicada per a alguns defectes que no es poden distingir per mitjans de detecció òptica. Quan es detecta en línia l'elèctrode d'assecat de la bateria de ions de liti, primer s'irradia l'elèctrode de l'elèctrode pel flaix, la temperatura de la superfície canvia i, a continuació, es detecta la temperatura de la superfície amb una càmera d'imatge tèrmica. Es visualitza la imatge de distribució de calor, i la imatge es processa i analitza en temps real per detectar els defectes superficials i marcar-los a temps.D. Mohanty L'estudi va instal·lar una càmera d'imatge tèrmica a la sortida del forn d'assecat del recobridor per detectar la imatge de distribució de la temperatura de la superfície de la làmina de l'elèctrode.
La figura 5 (a) és un mapa de distribució de la temperatura de la superfície de recobriment de la làmina de pols positius NMC detectada per la càmera d'imatge tèrmica, que conté un defecte molt petit que no es pot distingir a simple vista. La corba de distribució de la temperatura corresponent al segment de ruta es mostra a l'insert intern, amb un pic de temperatura al punt de defecte. A la figura 5 (b), la temperatura augmenta localment a la casella corresponent, corresponent al defecte de la superfície de la làmina del pol. FIG. La figura 6 és un diagrama de distribució de la temperatura superficial de la làmina d'elèctrode negatiu que mostra l'existència de defectes, on el pic d'augment de temperatura correspon a la bombolla o agregat, i l'àrea de disminució de temperatura correspon al forat o gota.
Figura 5 Distribució de la temperatura de la superfície de la làmina de l'elèctrode positiu
Figura 6 Distribució de la temperatura de la superfície de l'elèctrode negatiu
Es pot veure que la detecció d'imatge tèrmica de la distribució de la temperatura és un bon mitjà de detecció de defectes de superfície de la làmina de pols, que es pot utilitzar per al control de qualitat de la fabricació de làmines de pols. Efecte dels defectes de la superfície de la làmina de pols sobre el rendiment de la bateria
(1) Impacte en la capacitat del multiplicador de la bateria i l'eficiència de Coulomb
La figura 7 mostra la corba d'influència de l'agregat i el forat sobre la capacitat del multiplicador de la bateria i l'eficiència del coulen. L'agregat pot millorar la capacitat de la bateria, però reduir l'eficiència del coulen. El forat redueix la capacitat de la bateria i l'eficiència de Kulun, i l'eficiència de Kulun disminueix molt a un ritme elevat.
L'agregat del càtode de la figura 7 i l'efecte del forat sobre la capacitat de la bateria i l'eficiència de la figura 8 és un recobriment desigual, i el cos estrany metàl·lic Co i Al sobre la capacitat de la bateria i l'efecte de la corba d'eficiència, el recobriment desigual redueix la capacitat de massa de la unitat de la bateria un 10% - 20%, però tota la capacitat de la bateria es va reduir en un 60%, això demostra que la massa viva a la peça polar es va reduir significativament. El cos estrany de metall Co redueix la capacitat i l'eficiència de Coulomb, fins i tot en augments elevats de 2C i 5C, sense capacitat, que pot ser degut a la formació de metall Co en la reacció electroquímica de liti i liti incrustat, o poden ser les partícules metàl·liques. bloquejat el porus del diafragma va provocar un micro curtcircuit.
Figura 8 Efectes del recobriment desigual de l'elèctrode positiu i dels cossos estranys metàl·lics Co i Al sobre la capacitat del multiplicador de la bateria i l'eficiència del coulen
Resum dels defectes de la làmina de càtode: el revestiment de la làmina de càtode redueix l'eficiència de Coulomb de la bateria. El forat del recobriment positiu redueix l'eficiència de Coulomb, donant com a resultat un rendiment deficient del multiplicador, especialment a alta densitat de corrent. El recobriment heterogeni va mostrar un rendiment d'ampliació pobre. Els contaminants de partícules metàl·liques poden provocar micro-curtcircuits i, per tant, poden reduir considerablement la capacitat de la bateria.
La figura 9 mostra l'impacte de la tira de làmina de fuites negatives en la capacitat del multiplicador i l'eficiència Kulun de la bateria. Quan la fuita es produeix a l'elèctrode negatiu, la capacitat de la bateria es redueix significativament, però la capacitat de grams no és evident i l'impacte en l'eficiència de Kulun no és significatiu.
Figura 9 Influència de la tira de làmina negativa de fuites de l'elèctrode sobre la capacitat del multiplicador de la bateria i l'eficiència Kulun (2) Influència sobre el rendiment del cicle del multiplicador de la bateria La figura 10 és el resultat de la influència del defecte de la superfície de l'elèctrode en el cicle del multiplicador de la bateria. Els resultats de la influència es resumeixen de la següent manera:
Egregació: a 2C, la taxa de manteniment de la capacitat de 200 cicles és del 70% i la bateria defectuosa és del 12%, mentre que en el cicle 5C, la taxa de manteniment de la capacitat de 200 cicles és del 50% i la bateria defectuosa és del 14%.
Forat de l'agulla: l'atenuació de la capacitat és òbvia, però cap atenuació de defecte agregada és ràpida i la taxa de manteniment de la capacitat de 200 cicles 2C i 5C és del 47% i del 40%, respectivament.
Cos estrany metàl·lic: la capacitat del cos estrany metàl·lic Co és gairebé 0 després de diversos cicles, i la capacitat de cicle de 5C de la làmina d'Al de cos estrany metàl·lic disminueix significativament.
Tira de fuites: per a la mateixa àrea de fuites, la capacitat de la bateria de diverses ratlles més petites disminueix més ràpidament que una franja més gran (47% per a 200 cicles a 5C) (7% per a 200 cicles a 5C). Això indica que com més gran sigui el nombre de ratlles, més gran serà l'impacte en el cicle de la bateria.
Figura 10 Efecte dels defectes de la superfície de la làmina de l'elèctrode sobre el cicle de la velocitat cel·lular
Ref.: [1] Avaluació no destructiva d'elèctrodes secundaris de bateries de liti recoberts de ranura mitjançant pinces làser en línia i mètodes de termografia IR [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Efecte de defectes de fabricació d'elèctrodes sobre el rendiment electroquímic de les bateries d'ions de liti: Coneixement de les fonts de fallada de la bateria[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.
respon en 6 hores, qualsevol pregunta és benvinguda!
